JP2006252953A - 燃料電池装置及び電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】 燃料電池装置に関し、反応生成水等の水分の流出を抑制し、又は、反応生成水等の水分を濾過して排気し、斯かる燃料電池装置が搭載された電子機器を提供する。
【解決手段】 燃料を用いて発電する燃料電池４の排出空気から分離される水を回収する水タンク１８と、前記空気を前記水タンクに導いて排出させる通路部（回収管１６）とを備え、前記通路部は、前記水タンクに対し、貯留された水の水面より上部側に前記空気を導いて排出する構成である。また、水タンクを通過した空気は、吸水部６４で吸水させた後、排出する。この結果、結露の防止が図られている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体燃料等を用いる燃料電池装置に関し、特に、水分流出の抑制等、利便性が改善された燃料電池装置及び電子機器に関する。
燃料電池は、陽子又は電子を透過できる物質として高分子電解質膜を配置し、この電解質膜の一面側に燃料極、その他面側に空気極を配置し、燃料極にはメタノール水溶液等の水素成分を含んだ液体燃料、空気極には酸素成分を含んだ空気を供給する構造である。電解質膜では、燃料極側の液体燃料から水素陽子を透過させ、空気極側の空気中の酸素と結合させる。この結合によって、液体燃料内の水素に残留する電子が電気として外部に取り出されるので、電池として機能する。
このような燃料電池では、液体燃料にメタノールを使用した場合、水素と酸素の反応により、空気極側には、水（水蒸気）が発生し、また、燃料極側には、メタノールの分解により、二酸化炭素（ＣＯ2 ）が発生する。この処理において、燃料極側にメタノール１モルと水１モル、空気極側に酸素１モルを消費させる理想的な化学変化による発電が行われると、空気極側に水３モル、燃料極側には二酸化炭素１モルが発生することになる。
このような燃料電池を備える燃料電池装置では、燃料電池に液体燃料を供給するための燃料タンクを備える。濃度の高い燃料を使用すれば、燃料タンクのサイズを小さくすることができるが、電解質膜に高い性能が要求されることになる。電解質膜の性能が低い場合には、濃度の高い燃料を使用すると、燃料消費量が増大し、発電効率が悪化する。また、濃度の高い燃料を使用した場合には、燃料電池の構成材料例えば、電解質膜、白金端持カーボン等の触媒材料、それらを接着する接着材料の寿命が短くなるおそれがある。これらの点を総合的に勘案し、１モル濃度程度の燃料の使用が推奨され、燃料タンクには濃度の高い燃料を溜め、その燃料を１モル濃度程度に希釈して用いられる。この場合、濃度の高い燃料を希釈するには、希釈液として水を必要とし、水で希釈された燃料を溜める希釈燃料タンクが必要である。燃料電池が運転されると、燃料が消費されるので、希釈燃料タンクの水位が水位センサにより監視されるとともに、燃料の濃度が濃度センサによって監視され、それらに基づいて、水及び燃料の補給量が制御される。
このような燃料電池装置に関し、燃料にメタノールを使用し、反応後の排ガス中の水分を凝縮分離して排出するもの（例えば、特許文献１）、燃料電池の運転停止後、燃料電池内部の水分を除去するもの（例えば、特許文献２）、電解質膜及び液体燃料が使用され、燃料電池から排出された水を含む物質を気液接触させるもの（例えば、特許文献３）等が存在している。
特公平６−２２１５０号公報 特開２００２−２０８４２２号公報 特開２００３−２９７４０１号公報
ところで、燃料電池の空気極から生じた空気や反応生成水は気水分離を経て外気に排出されるのが一般的である。既述の特許文献３では、水を溜める水回収タンクを備え、この水回収タンクの水面より下側に戻り配管を配置し、空気及び反応生成水を水回収タンクの水中に戻す構成である。このような構成では、空気中に含まれた反応生成水や不純物を水回収タンクに回収することができるが、水回収タンクに導かれた空気は水回収タンク内の水中に気泡となって上昇し、水を気化させるおそれがある。燃料電池装置の送風量が多い場合には、水回収タンク内の水分を導入された空気が気化させ、空気とともに外気に搬送させることになる。また、気化した水分は空気に吸収されているので、気体・液体分離膜を設置しても、水分として分離することができない。
このような水分を含有する空気が燃料電池装置の外部に搬送されると、外気温度や隣接機器の外壁の温度との温度差により、結露を生じさせる不都合がある。このような結露を放置することは隣接機器等のトラブルの原因となる。そこで、結露を防止するため、生成水の回収が不可欠である。斯かる課題について、特許文献１〜３には全く開示されておらず、その解決手段についての開示や示唆はない。
そこで、本発明の目的は、空気極から空気を排出する燃料電池装置に関し、反応生成水等の水分の流出を抑制することにある。
また、本発明の他の目的は、空気極から空気を排出する燃料電池装置に関し、反応生成水等の水分を濾過して排気することにある。
また、本発明の他の目的は、反応生成水等の水分の流出を抑制した燃料電池装置を搭載した電子機器の提供にある。
上記目的を達成するため、本発明は、燃料を用いて発電する燃料電池の排出空気から分離される水を回収する水タンクと、前記空気を前記水タンクに導いて排出させる通路部とを備え、前記通路部は、前記水タンクに対し、貯留された水の水面より上部側に前記空気を導いて排出する構成構成である。
斯かる構成によれば、燃料電池は発電に燃料及び空気を必要とする。燃料電池から排出された空気は通路部により水タンクに導かれ、通路部の通過中に冷却されるので、水蒸気は凝縮する。その水分は、空気とともに水タンクに導かれるが、貯留されている水より上部側に導かれるので、空気が水タンク内の水を通過することがない。即ち、水タンクは気液分離の機能を果たす。また、空気が水タンク内を通過しても、水中を通過しないので、通過空気によって水タンク中の水が搬送されることはない。この結果、水分の少ない空気が水タンク外に排出されることになる。
上記目的を達成するためには、前記水タンクより下流側の前記通路部に設置され、通過する前記空気から水分を吸収させる吸水部を備える構成としてもよい。斯かる構成によれば、空気中の水分が吸水部の通過により、吸水部に吸収されるので、湿度の低い空気となる。また、吸水部の通過により、空気の冷却も期待できる。
上記目的を達成するためには、前記水タンクより下流側の前記通路部に設置され、通過する前記空気から水分を分離させる気液分離部を備える構成としてもよい。斯かる構成によれば、空気中の水分が気液分離部によって除去される。
上記目的を達成するため、本発明は、燃料を用いて発電する燃料電池の排出空気から分離される水を回収する水タンクと、前記空気を前記水タンクに溜められている前記水の水中に導く通路部と、前記水タンクより下流側の前記通路部に設置され、通過する前記空気から水分を吸収させる吸水部とを備える構成としてもよい。斯かる構成によれば、吸水部を備えているので、水タンクの水中に空気を導入して排出させても、水分を除去することができる。水中を通過させることで、空気中の不純物を水中に回収することができる。
上記目的を達成するため、本発明に係る電子機器は、前記燃料電池装置を電源部に備えた構成である。斯かる構成によれば、空気とともに排出される水分量を抑制できるので、結露による不都合が回避される。
本発明によれば、次のような効果が得られる。
(1) 本発明に係る燃料電池装置によれば、空気とともに排出される水分量を抑制できるので、結露を防止でき、搭載される機器の結露によるトラブルを未然に防止できる。
(2) 本発明に係る電子機器によれば、搭載された燃料電池装置からの水分量の排出が抑制されるので、結露が防止され、信頼性を高めることができる。
第１の実施の形態
本発明の第１の実施の形態について、図１を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態に係る燃料電池装置を示す図である。
この燃料電池装置２は、燃料を用いて発電する燃料電池４を備えている。この燃料電池４には、電解質膜６、空気極８及び燃料極１０が設置されている。空気極８及び燃料極１０は電解質膜６を挟んで配置され、空気極８は電解質膜６の一面側に酸素成分を含んだ空気を供給し、燃料極１０は電解質膜６の他面側に燃料として例えば、メタノール水溶液等の水素成分を含んだ液体燃料供給する。電解質膜６は、陽子又は電子を透過できる物質で形成された透過膜であって、例えば、パーフルオロスルホン酸「Nafion」（Du Pont 社商品名）等の物質からなるプロトン導電性固体高分子膜等の高分子電解質膜で構成される。そこで、電解質膜６では、燃料極１０側の液体燃料から水素陽子が透過し、この水素陽子と空気極８側から供給される空気中の酸素とが結合する。この結合の結果、液体燃料内の水素に残留する電子が電気として外部に取り出され、この発電作用が電池として機能する。
空気極８には空気供給部として送風機構１２が給気管１４により結合され、送風機構１２の駆動によって酸素Ｏ2 を含んだ空気Ａｒ１が供給される。燃料電池４には、反応によって酸素を消費するとともに、水蒸気である反応生成水（以下単に「水」と称する）ｗが生じ、この水ｗは気化しているので、余剰空気Ａｒ２とともに、空気極８側から排出される。余剰空気Ａｒ２には反応に伴う二酸化炭素ＣＯ2 が混入することになる。これら余剰空気Ａｒ２及び水ｗは、通路部として例えば、回収管１６を通して水タンク１８に貯留されている水ｗの水面より上部側に導入されている。水タンク１８には、余剰空気Ａｒ２を排出させる排気管１９が設けられている。そして、余剰空気Ａｒ２の熱は回収管１６の通過中に冷却され、その冷却により、水ｗが凝縮し、水タンク１８に回収される。この場合、水タンク１８は、水ｗを回収する意味で水回収タンクであるが、貯留している水ｗが液体燃料の希釈水に用いられるので、希釈水タンクとしての機能を持つものである。
ところで、この燃料電池４では、液体燃料にメタノールを使用した場合には、空気極８側には、電解質膜６のプロトン触媒を媒介とする水素と酸素の反応により水ｗ（水蒸気）が発生し、燃料極１０側には、メタノールの分解により気泡状の二酸化炭素ＣＯ2 が発生する。例えば、燃料極１０側にメタノール及び水各１モル、空気極８側に酸素１モルを消費させ、理想的な化学変化による発電が生じた場合、その発電後は、空気極８側に水約３モルが生成され、燃料極１０側には二酸化炭素約１モルが生じる。
燃料極１０には、希釈燃料タンク２０が往管２２及び戻管２４を介して連結されており、往管２２には循環ポンプ２６が設置されている。希釈燃料タンク２０に貯留されている希釈燃料Ｍが循環ポンプ２６の駆動により循環する。希釈燃料タンク２０には、戻管２４を通して燃料極１０から未反応燃料Ｍ及び二酸化炭素ＣＯ2 が流れ、未反応燃料Ｍは希釈燃料Ｍに混じり込み、二酸化炭素は未反応燃料Ｍと分離されて希釈燃料タンク２０から通路部として例えば、排気管２８を経て水タンク１８の水ｗ中に導入される。この場合、戻管２４に空気Ａｒ２が入った場合にも、同様に未反応燃料Ｍと分離されて排気管２８を経て水タンク１８に導入される。
希釈燃料タンク２０には、液体燃料タンク３０が燃料供給管３４によって連結されているとともに、水タンク１８が水供給管３６によって連結されている。燃料供給管３４には燃料用ポンプ３８が設置され、水供給管３６には水用ポンプ４０が設置されている。液体燃料タンク３０には排気口３２が形成されているとともに、液体燃料ｍとして例えば、メタノールが貯留されている。この液体燃料ｍは燃料用ポンプ３８の駆動により希釈燃料タンク２０に供給される。また、水タンク１８の水ｗは水用ポンプ４０の駆動により希釈燃料タンク２０に供給される。この結果、希釈燃料Ｍ（＝ｍ＋ｗ）が形成される。
水タンク１８にはレベルセンサ４２、希釈燃料タンク２０には濃度センサ４４及びレベルセンサ４６、液体燃料タンク３０にはレベルセンサ４８が設置されている。レベルセンサ４２は水タンク１８の水位を検出して検出信号Ｌ１、濃度センサ４４は希釈燃料Ｍの燃料濃度を検出して検出信号Ｌ２、レベルセンサ４６は希釈燃料Ｍのレベルを検出して検出信号Ｌ３、また、レベルセンサ４８は液体燃料ｍのレベルを検出して検出信号Ｌ４を発生し、これら検出信号Ｌ１〜Ｌ４は制御情報として制御部５０に加えられる。制御部５０は、駆動信号Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４等を発生し、送風機構１２のファンモータは駆動信号Ｄ１によって駆動され、循環ポンプ２６は駆動信号Ｄ２によって駆動され、燃料用ポンプ３８は駆動信号Ｄ３によって駆動され、また、水用ポンプ４０は駆動信号Ｄ４によって駆動される。即ち、制御部５０は、マイクロプロセッサ等で構成され、制御プログラムによって、燃料電池４に対する燃料供給及び送風制御、希釈燃料Ｍの濃度制御等、各種制御を実行する。
この燃料電池装置２における燃料電池４及びその出力の取出しについて、図２を参照して説明する。図２は、燃料電池４及びその出力部の構成の概要を示す図である。図２において、図１に示す燃料電池装置２と同一部分には同一符号を付してある。
空気極８には酸化剤極５２が設けられ、また、燃料極１０には燃料電極５４が設けられている。電解質膜６は、これら酸化剤極５２及び燃料電極５４の間に挟まれて設置されている。この燃料電池４において、電解質膜６、酸化剤極５２及び燃料電極５４の積層体が電解質板５６を構成している。
そして、酸化剤極５２及び燃料電極５４には安定化回路５８を通して二次電池として例えば、バッテリ６０が接続されている。酸化剤極５２及び燃料電極５４に発生した電力は、安定化回路５８によって安定化された後、バッテリ６０に蓄積される。このバッテリ６０の出力が、燃料電池装置２を電源とする電子機器６２に加えられる。この電子機器６２は例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）や携帯電話機等で構成される。
次に、この燃料電池装置２の動作について、図３を参照して説明する。図３は、制御部５０によって実行される制御処理を示すフローチャートである。
制御部５０に運転指令が付与される（ステップＳ１）と、運転状態に移行する。この運転状態では、送風機構１２、循環ポンプ２６、燃料用ポンプ３８及び水用ポンプ４０が駆動される。運転状態に移行すると、バッテリ６０が満充電か否かの判定が行われる（ステップＳ２）。この満充電か否かはバッテリ６０の充電電圧のレベルによって判定することができ、満充電の場合には、このステップＳ２で待機することになる。
バッテリ６０が満充電でない場合には、燃料電池装置２の運転が続行され、レベルセンサ４６の検出信号Ｌ３により、希釈燃料Ｍのレベル（液位）が判定される（ステップＳ３）。この希釈燃料Ｍのレベルが高い場合には、水用ポンプ４０を停止させ（ステップＳ４）、燃料用ポンプ３８を停止させ（ステップＳ５）、ステップＳ１に戻る。即ち、希釈燃料Ｍのレベルが高い場合には、燃料電池４の動作の続行が可能であるから、希釈燃料Ｍを生成し、追加する必要がない。
希釈燃料Ｍのレベルが低い場合には、燃料用ポンプ３８を駆動し（ステップＳ６）、液体燃料ｍを希釈燃料タンク２０に供給し、希釈燃料Ｍの燃料濃度を濃度センサ４４の検出信号Ｌ２から判定し（ステップＳ７）、濃度が高い（濃い）場合には、燃料用ポンプ３８を停止させ（ステップＳ８）、水用ポンプ４０を動作させ（ステップＳ９）、水タンク１８から水ｗを希釈燃料タンク２０に供給し、ステップＳ７に戻る。
水ｗが供給されている希釈燃料Ｍの燃料濃度は濃度センサ４４の検出信号Ｌ２により監視され（ステップＳ７）、燃料濃度が低下した場合（薄い）には、水用ポンプ４０を停止し（ステップＳ１０）、ステップＳ１に戻る。
このような制御動作を繰り返しながら発電が続行され、燃料電池４の出力によってバッテリ６０が充電され、満充電に到達したとき、燃料電池装置２の運転を停止する。
ところで、この燃料電池装置２において、液体燃料ｍにメタノールを使用した場合、既述したように、理想的な化学変化による発電が得られ、その発電後は、空気極８側に、水約３モル、燃料極１０側には、二酸化炭素約１モルが発生する。そして、燃料電池４では、濃度の濃い燃料が使用されると、電解質膜６の単位面積当たりのメタノール量を増加するので、起電力を向上させ、液体燃料タンク３０のサイズを小さくできるが、逆起電力を生じ易く、電解質膜６の寿命の問題から、１モル濃度の希釈燃料Ｍを燃料電池４に供給することが望ましい。そこで、既述の制御により、濃度の高い液体燃料ｍを液体燃料タンク３０から希釈燃料タンク２０に供給し、また、水タンク１８から水ｗを希釈燃料タンク２０に供給して液体燃料ｍを希釈させ、適正濃度の希釈燃料Ｍを循環ポンプ２６により燃料極１０に循環させている。
そして、この燃料電池装置２では、空気極８から水蒸気が希釈燃料タンク２０に戻され、液体燃料ｍの希釈水として用いられ、再利用が図られている。空気極８で発生する水蒸気量（水量）は多く、この水蒸気は回収管１６により水タンク１８に回収されて希釈燃料タンク２０に供給されている。
この場合、燃料電池４に比較して水タンク１８の温度は低く、燃料電池４と水タンク１８との間には温度差があり、水蒸気を流す回収管１６による放熱により、その水蒸気は凝縮し、水タンク１８側に水ｗとして回収される。即ち、回収された水ｗは、水タンク１８側の水ｗに混じり込んで再利用され、水ｗの効率的な利用が図られる。また、燃料極１０に発生する二酸化炭素ＣＯ2 も、燃料極１０で消費されなかった希釈燃料Ｍ（未反応燃料）とともに、循環路である戻管２４を通して希釈燃料タンク２０に回収され、再利用される。
また、この燃料電池装置２では、燃料電池４の空気極８からの空気Ａｒ２及び反応生成水ｗは回収管１６より水タンク１８の水ｗの水面より上部側に導入されているので、水タンク１８の水ｗを通過することなく、空気Ａｒ２中の反応生成水ｗや不純物が水タンク１８に回収される。蒸気である反応生成水ｗが回収管１６の通過中に冷却されて凝縮し、水タンク１８の水ｗに回収されることは既述の通りである。また、水タンク１８を通過する空気Ａｒ２は、十分に気液分離が行われ、水分が除かれた状態で水タンク１８から排気管１９に放出される。
このような燃料電池装置２では、１０Ｗ程度以上の発電には空気送風量が０．５〔Ｌ／ｍｉｎ〕以上必要であり、この程度の発電を目的とする水タンク１８は比較的小型であるが、取付け可能な回収管１６の形状によっては、水タンク１８内に空気Ａｒ２を戻すと、空気送風により水タンク１８内の水ｗが大量に送風空気内に吸収され、蒸気化されて外部に放出され、水回収効率が悪化するおそれがある。これに対し、この実施の形態のように、空気Ａｒ２及び反応生成水ｗを回収管１６を通して水タンク１８の水面より上部に導入し、反応生成水ｗを回収しているので、水回収効率を大幅に向上させることができる。
第２の実施の形態
本発明の第２の実施の形態について、図４を参照して説明する。図４は、第２の実施の形態に係る燃料電池装置を示す図である。図４において、第１の実施の形態（図１）と同一部分には同一符号を付してある。
この燃料電池装置２では、水タンク１８の下流側の排気管１９の途中に吸水部６４が設置されている。この吸水部６４には吸水材料６６が装填され、排気管１９から空気Ａｒ２、二酸化炭素及び未回収の水ｗが吸水部６４に流れ込み、吸水材料６６の吸湿により、空気Ａｒ２及び二酸化炭素ＣＯ2 を乾燥させる。吸水材料６６には乾燥剤又は吸湿剤として例えば、シリカゲル（siliｃa gel ）等が用いられる。シリカゲルは、周知のように、非晶質珪酸を部分脱水したガラス状の透明な固体である。なお、吸水部６４に対する二酸化炭素ＣＯ2 及び未回収の水ｗの搬送は、既述した送風機構１２が持つ空気Ａｒ１の圧送力によって行われる。
また、この実施の形態において、吸水部６４には水タンク１８から流出する水ｗを貯留することができる貯留空間部６８が設定されている。この貯留空間部６８は、水タンク１８からオーバーフローした水ｗを受け入れることができる容積を備えている。
また、この実施の形態において、吸水部６４の下流側には気液分離部としてのフィルタ部７０が設置され、このフィルタ部７０には吸水部６４から排気管２１を通じて空気Ａｒ２及び二酸化炭素等が導入され、未回収の水ｗが存在すれば空気Ａｒ２とともにフィルタ部７０に流れ込む。フィルタ部７０は気体と液体とを分離する気液分離膜等で構成されており、このフィルタ部７０を通じて空気Ａｒ２等が外気に放出される。その他の構成は、第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
斯かる構成によれば、水タンク１８を通過した空気Ａｒ２や二酸化炭素ＣＯ2 から反応生成水ｗの多くは水タンク１８に回収されるが、空気Ａｒ２や二酸化炭素を乾燥させるまでには至らない。そこで、水タンク１８を通過した空気Ａｒ２や二酸化炭素は、排気管１９を通して吸水部６４に導かれ、空気Ａｒ２や二酸化炭素内に残留する水分が吸水材料６６によって吸湿された後、排気管２１を通してフィルタ部７０から外気に放出される。吸水部６４では空気Ａｒ２や二酸化炭素を十分に乾燥でき、乾燥空気化することができる。また、フィルタ部７０は気液分離膜等で構成されているので、この気液分離膜は気体中に吸収されている水分を除去することはできないが、水滴を除去する能力は高い。そこで、吸水部６４を経ても排気中に水滴が存在している場合には、その水滴を除去することができる。従って、排気温度が外気よりも高い状態でも、乾燥空気が排気されるので、結露を大幅に削減することができる。
このような燃料電池装置２において、燃料電池４の排気温度は外気に比べて非常に高く、水タンク１８までの回収管１６の搬送中の温度差で排気温度は低下するが、それでも外気と比較すると、１０度以上の温度差となる。このため、燃料電池４からの空気Ａｒ２が自然放出された場合には結露が予想されるが、上記の実施の形態の燃料電池装置２では、吸水部６４の設置により、さらには、フィルタ部７０の設置により、乾燥空気としての排出が可能になり、結露を確実に防止できる。
また、燃料電池装置２の筐体が傾斜等、何らかの原因により、水タンク１８からオーバーフローした水ｗは、吸水部６４内の貯留空間部６８に回収されて外部への流出が防止できるので、漏水事故等を防止できる。
第３の実施の形態
本発明の第３の実施の形態について、図５を参照して説明する。図５は、燃料電池装置２の吸水部６４を示す図である。図５において、第２の実施の形態（図４）と同一部分には同一符号を付してある。
吸水部６４は、水ｗの貯留が可能な密閉される容器部７２と、この容器部７２に着脱可能な吸水ユニット７４とを備える構成としてもよい。吸水ユニット７４は、既述の吸水材料６６で形成されている。
斯かる構成とすれば、吸湿能力の低下に応じて吸水ユニット７４を交換し、吸水部６４の吸水能力を回復させることができる。
なお、吸収材料６６は、材料単体での着脱、又は吸水材料６６が装填された吸水部６４（図４）を交換単位として交換する構成としてもよい。
また、吸水部６４は例えば、図６に示すように、液体燃料タンク３０と一体化して複合燃料タンクユニット７５を構成させてもよい。この複合燃料タンクユニット７５において、液体燃料タンク３０側には、燃料供給管３４に接続されるポート７７、排気口３２に接続されるポート７９が形成され、吸水部６４側には、排気管１９に接続されるポート８１、排気管２１に接続されるポート８３が形成されている。斯かる構成とすれば、液体燃料ｍや吸水材料６６等の消耗品を構成材料とする部材の共通化及び着脱化により、これらの交換の容易化が図られる。また、吸水部６４は、フィルタ部７０との一体化等によっても、消耗品を構成材料とする部材の共通化及び着脱化により、交換の容易化が図られる。斯かる構成とすれば、燃料電池装置２の利便性を高めることができる。
第４の実施の形態
本発明の第４の実施の形態について、図７を参照して説明する。図７は、第４の実施の形態に係る燃料電池装置２を示す図である。図７において、第２の実施の形態（図４）と同一部分には同一符号を付してある。
第２の実施の形態では、燃料電池４の空気極８からの空気Ａｒ２を水タンク１８の水ｗの水面より上部側に導入し、水分の回収を行う構成としたが、この第４の実施の形態では、水タンク１８の水ｗ中に導入する構成である。
斯かる構成では、水ｗに導入される空気Ａｒ２によって水分が排気管１９側に気化して流出することを述べたが、この実施の形態では、吸水部６４が設置されているので、吸水部６４での吸水効果が得られ、第２の実施の形態と同等の効果が期待できる。また、排気中に水滴が残留している場合には、フィルタ部７０での除去が期待できる。
既述した通り、１０Ｗ程度以上の発電には空気送風量が０．５〔Ｌ／ｍｉｎ〕以上必要であり、この程度の発電を目的とする水タンク１８は比較的小型であるが、取付け可能な回収管１６の形状によっては、水タンク１８内に空気Ａｒ２を戻すと、空気送風により水タンク１８内の水ｗが大量に送風空気内に吸収され、蒸気化されて外部に放出され、水回収効率が悪化するおそれがあるが、１０Ｗ未満の発電では、斯かる不都合を回避できる。
第５の実施の形態
本発明の第５の実施の形態について、図８を参照して説明する。図８は、燃料電池装置２が搭載されたパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を示す図である。図８において、第１の実施の形態（図１、図２）と同一部分には同一符号を付してある。
この実施の形態において、ＰＣ７６は、電源部７８に燃料電池装置２が設置されている。燃料電池装置２には、既述した通り、燃料電池４、制御部５０等が備えられている。この実施の形態の燃料電池装置２には、安定化回路５８及び二次電池としてバッテリ６０が搭載されている。また、ＰＣ７６は、表示パネル部８０、回路ボード８２、入力操作部８４、レギュレータ部８６等が設置されている。入力操作部８４は、マウスやキーボード等で構成されている。また、回路ボード８２には、各種メモリ８８、コントローラ９０、マザーボード９２等が搭載され、マザーボード９２にはＣＰＵ（Central Processing Unit ）９４、ＧＰＵ（Graphic Processing Unit ）９６等が搭載されている。表示パネル部８０の表示はＧＰＵ９６によって制御される。
斯かる構成とすれば、燃料電池４の発電電力が安定化回路５８によって安定化された後、バッテリ６０に加えられ、バッテリ６０の充電が行われる。このバッテリ６０の出力がレギュレータ部８６により所定の電圧に変換された後、回路ボード８２、入力操作部８４及び表示パネル部８０に供給されている。
このような燃料電池装置２を電源に用いたＰＣ７６では、従前の電池の交換に代え、燃料や水等の交換のみで長時間に亘って給電されるので、連続した処理動作を行うことができ、利便性の高いＰＣ７６を構成することができる。
第６の実施の形態
本発明の第６の実施の形態について、図９を参照して説明する。図９は、燃料電池装置２に用いられる希釈燃料タンク及び水タンクの構成例を示す図である。図９において、第１の実施の形態（図１、図２）と同一部分には同一符号を付してある。
この実施の形態では、水タンク１８と希釈燃料タンク２０とを合体させて単一の筐体部からなる複合タンクユニット１００を構成したものである。複合タンクユニット１００内において、既述の排気管２８が水タンク１８と希釈燃料タンク２０との間に設置され、水タンク１８側の端部側は屈曲させて水タンク１８の水ｗの内部に侵入させ、希釈燃料タンク２０側の端部は希釈燃料Ｍの上面空間に開口されている。このような排気管２８を筐体部１００内に設置すれば、管路の引回しが削減でき、管路構成の簡略化とともに燃料電池装置２のコンパクト化に寄与する。
水タンク１８には水中に没する位置にポート１０６、水面より上方の位置にポート１０８、１１０が設けられ、ポート１０６には水供給管３６、ポート１０８には回収管１６、ポート１１０には排気管１９が接続される。
また、希釈燃料タンク２０にはポート１１２、１１４、１１６、１１８が形成され、ポート１１２には往管２２、ポート１１４には戻管２４、ポート１１６には燃料供給管３４、ポート１１８には水供給管３６がそれぞれ接続されている。即ち、ポート１０６及びポート１１８には水供給管３６とともに水用ポンプ４０が設置されている。
次に、複合タンクユニット１００の構成例について、図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は複合タンクユニット１００の構成例を示す斜視図、図１１は複合タンクユニット１００を示す正面図である。図１０及び図１１において、図９と同一部分には同一符号を付してある。
この複合タンクユニット１００は、１つの筐体部１２０に水タンク１８と希釈燃料タンク２０とを形成し、希釈燃料タンク２０にはメインタンク部１２２と希釈部１２４とが形成されている。希釈部１２４は、主として液体燃料ｍに水ｗを混合させて希釈燃料Ｍを生成させる。メインタンク部１２２と希釈部１２４とは流通部１２６によって連結され、メインタンク部１２２に希釈燃料Ｍが貯留される。希釈部１２４はメインタンク部１２２に対してサブタンク部を構成し、帰還させた希釈燃料Ｍ等を混合するので混合部を構成している。
ポート１１２はメインタンク部１２２側に直結され、他のポート１１４、１１６、１１８は希釈部１２４側に連結されている。メインタンク部１２２側からポート１１２を通して希釈燃料Ｍが取り出され、希釈部１２４には、ポート１１４を通じて燃料電池４から希釈燃料Ｍ及び二酸化炭素ＣＯ2 が戻され、ポート１１６を通じて液体燃料ｍが供給され、ポート１１８を通じて水ｗが供給される。
斯かる構成によれば、希釈部１２４において、液体燃料ｍ、水ｗ、帰還させた希釈燃料Ｍ及び二酸化炭素等の混合が行われ、希釈部１２４で生成される希釈燃料Ｍが流通部１２６を通じてメインタンク部１２２に流れる。そして、このメインタンク部１２２の希釈燃料Ｍがポート１１２を通じて取り出される。
そして、図１１に示すように、希釈燃料タンク２０のメインタンク部１２２には希釈燃料Ｍのレベルを検出するレベルセンサ４６が設置されているが、このレベルセンサ４６は例えば、光センサで構成することができる。この実施の形態では、メインタンク部１２２の一方の壁面１２８には赤外線発光部１３０、壁面１２８に対向する壁面１３２には受光部１３４が設置され、これら壁面１２８、１３２間で赤外線発光部１３０と受光部１３４とを対向させ、両者間の赤外線の行路１３６は希釈燃料Ｍの水位検出レベルを表している。
斯かる構成によれば、赤外線発光部１３０から発せられた赤外線が受光部１３４に受光される場合には、その受光により、希釈燃料Ｍが規定レベルより低いことを表す検出信号が受光部１３４から得られ、希釈燃料Ｍが規定レベルより高く、受光部１３４に対する赤外線の受光を妨げる場合には、希釈燃料Ｍが規定レベルより高いことを表す検出信号が受光部１３４から得られる。このような検出信号により、希釈燃料Ｍが適正量にあるか否かを判別することができる。
また、この複合タンクユニット１００について、希釈燃料タンク２０内の水位検出位置の上部からＣＯ2 排出用の排気管２８までの範囲の容積は燃料電池４内の燃料保有量、燃料電池４と希釈燃料タンク２０との配管（往管２２及び戻管２４）内の水分保有量と同等に形成すれば、希釈燃料Ｍを退避させることができ、燃料電池装置２からの漏洩を防止することができる。
第７の実施の形態
本発明の第７の実施の形態について、図１２を参照して説明する。図１２は、燃料電池装置２に用いられる燃料タンク及び水タンクの構成例を示す図である。図１２において、第１の実施の形態（図１、図２）、第６の実施の形態（図９等）と同一部分には同一符号を付してある。
この実施の形態では、水タンク１８と液体燃料タンク３０とを合体させて単一の筐体部からなる複合タンクユニット１４０を構成したものである。水タンク１８には水中に没する位置にポート１０６、１４２、水面より上方の位置にポート１０８、１１０が設けられ、ポート１０６には水供給管３６、ポート１０８には回収管１６、ポート１１０には排気管１９、ポート１４２には排気管２８が接続される。また、液体燃料タンク３０にはポート１４４、１４６が形成され、ポート１４４には排気口３２が形成され、また、ポート１４６には燃料供給管３４がそれぞれ接続されている。
斯かる構成によれば、消耗する液体燃料ｍ及び水ｗを一体に複合タンクユニット１４０を単位として交換することができ、利便性の高い燃料電池装置２を提供することができる。この場合、水タンク１８に貯留される水ｗが燃料電池装置２における液体燃料ｍの消費を超えないように、水タンク１８側の容積を大きく設定すれば、水ｗの不足を防止することができる。
第８の実施の形態
本発明の第８の実施の形態について、図１３を参照して説明する。図１３は、燃料電池装置２が搭載されたＰＣ７６（図８）の構成を示す分解斜視図である。図１３において、上記実施の形態（図１、図８等）と同一部分には同一符号を付してある。
ＰＣ７６は、燃料電池装置２が搭載される電子機器の一例であって、この実施の形態ではモバイルパーソナルコンピュータの例である。このＰＣ７６では、筐体部１５０と表示パネル部８０とがヒンジ部１５２によって開閉可能に構成され、筐体部１５０には複数のキーからなる入力操作部８４等が設置されているとともに、既述の回路ボード８２等が搭載されている。また、表示パネル部８０には表示部として例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）１５４が設置されている。
そして、このＰＣ７６の筐体部１５０の背面部には燃料電池装置２がバッテリパック１５６とともに搭載される。例えば、バッテリパック１５６は筐体部１５０の内部に嵌め込まれ、燃料電池装置２は筐体部１５０の背面部に固定されて一体化され、又は着脱可能に取り付けられる。バッテリパック１５６は既述のバッテリ６０（図２）等の二次電池で構成され、燃料電池装置２によって充電される。
燃料電池装置２にはＰＣ７６の筐体部１５０に対応する筐体部１５８が備えられ、この筐体部１５８には、燃料電池４、送風機構１２、希釈燃料タンク２０、フィルタ部７０（図４）、複合燃料タンクユニット７５等が搭載されている。筐体部１５８には通気口部１６２が形成されて外気が取り込まれ、通気口部１６２は図示しない防水通気シートで被覆される。
この実施の形態の複合燃料タンクユニット７５の側面部には内部の燃料残量を確認するための確認窓１６４が形成されている。この複合燃料タンクユニット７５は、筐体部１５８から独立して着脱される。従って、液体燃料ｍの残量を確認窓１６４から容易に確認でき、複合燃料タンクユニット７５を容易に交換することができる。
この複合燃料タンクユニット７５（図６）の構成例について、図１４、図１５及び図１６を参照して説明する。図１４は複合燃料タンクユニット７５の構成例を示す斜視図、図１５は複合燃料タンクユニット７５を示す正面図、図１６は複合燃料タンクユニット７５の平面図である。
図１４に示すように、複合燃料タンクユニット７５には筐体部１５８の奥行き長より小さく形成された側面部１６６、１６８が備えられ、これら側面部１６６、１６８には筐体部１５８側と係合する摺動溝１７０が形成されている。この複合燃料タンクユニット７５の前面部には既述したポート７７、７９、８１、８３（図６）が形成されている。従って、筐体部１５８側に摺動溝１７０を合致させて摺動させれば、各ポート７７、７９、８１、８３が筐体部１５８に搭載されている配管路に合致して結合される。
また、この複合燃料タンクユニット７５は、図１５及び図１６に示すように、既述の液体燃料タンク３０と吸水部６４とを単一の筐体に合体させて構成されている。
また、図１６に示すように、液体燃料タンク３０の底面部１８０は、ポート７７側に傾斜する傾斜面で構成されているので、液体燃料ｍの流れが円滑になり、タンク残留を防止でき、経済的である。
斯かる構成によれば、吸水部１８を独立して設置した場合に比較してタンク構成を簡略化できるとともに、複合燃料タンクユニット７５の交換のみで、吸水部６４や吸水材料６６を独立して交換する必要がなく、燃料電池装置２の利便性を向上させることができる。
以上述べた燃料電池装置２を搭載したＰＣ７６によれば、充電用バッテリ交換等の手間がなく、燃料の交換のみで長時間に亘って燃料電池装置２から安定した給電が得られ、継続した動作を実現できるので、利便性が高く、モバイルＰＣでは携帯性が更に向上することになる。
第９の実施の形態
本発明の第９の実施の形態について、図１７を参照して説明する。図１７は、燃料電池装置２が搭載された携帯情報端末機（ＰＤＡ：Personal Digital Assistant）の構成例を示す図である。図１７において、上記実施の形態（図１３等）と同一部分には同一符号を付してある。
ＰＤＡ１８２は、燃料電池装置２が搭載される電子機器の一例である。このＰＤＡ１８２では、筐体部１８４に表示パネル部１８３、複数のキーからなる入力操作部１８５等が設置されているとともに、既述の回路ボード８２等が搭載されている。また、表示パネル部１８３には表示部として例えば、ＬＣＤ１８６が設置されている。このＰＤＡ１８２の背面部には、筐体部１８４に対応する燃料電池装置２が設置されている。燃料電池装置２の構成は上述の通りである。
このように、燃料電池装置２を搭載したＰＤＡ１８２によれば、充電用バッテリ交換等の手間がなく、燃料の交換のみで長時間に亘って燃料電池装置２から安定した給電が得られるので、継続した動作を確保でき、利便性が高く、携帯性を更に向上させることができる。
第１０の実施の形態
本発明の第１０の実施の形態について、図１８を参照して説明する。図１８は、燃料電池装置２が搭載された携帯電話機の構成例を示す図である。図１８において、上記実施の形態（図１３）と同一部分には同一符号を付してある。
無線通信装置、携帯端末として例えば、携帯電話機１８８は、燃料電池装置２が搭載される電子機器の一例である。この携帯電話機１８８では、筐体部１９０と筐体部１９２とがヒンジ部１９４を介して結合されて開閉可能に構成され、筐体部１９０には、複数のキーからなる入力操作部１９５が配置され、筐体部１９２には表示部例えば、ＬＣＤ１９６が設置されている。この筐体部１９０の背面部には、燃料電池装置２が設置されている。燃料電池装置２の構成は上述の通りである。
このように、燃料電池装置２を搭載した携帯電話機１８８によれば、充電用バッテリ交換等の手間がなく、燃料の交換のみで長時間に亘って燃料電池装置２から安定した給電が得られるので、継続した動作を確保でき、利便性が高く、携帯性を更に向上させることができる。
他の実施の形態
次に、他の実施の形態について、以下に列挙して説明する。
(1) 上記実施の形態では、燃料電池装置２を搭載する電子機器として、ＰＣ、ＰＤＡ、携帯電話機を例示したが、カメラ、ラジオ等の他の電子機器であってもよく、充電用電池等の交換が不要になり、燃料の補給のみで、長時間に亘って安定した動作が実現できる等、同様の効果が期待できる。
(2) 燃料電池装置２を搭載した電子機器として例えば、図１９に示すように、懐中電灯等の照明器具１９８の器具本体２００に着脱可能又は一体に燃料電池装置２を搭載してもよい。斯かる構成によれば、同様の効果が期待でき、防災器具としての利便性を向上させることができる。
次に、以上述べた本発明に係る燃料電池装置及び電子機器の各実施形態から抽出される技術的思想を請求項の記載形式に準じて付記として列挙する。本発明に係る技術的思想は上位概念から下位概念まで、様々なレベルやバリエーションにより把握できるものであり、以下の付記に本発明が限定されるものではない。
（付記１） 燃料を用いて発電する燃料電池の排出空気から分離される水を回収する水タンクと、
前記空気を前記水タンクに導いて排出させる通路部と、
を備え、前記通路部は、前記水タンクに対し、貯留された水の水面より上部側に前記空気を導いて排出する構成としたことを特徴とする燃料電池装置。
（付記２） 前記水タンクより下流側の前記通路部に設置され、通過する前記空気から水分を吸収させる吸水部を備える構成としたことを特徴とする付記１記載の燃料電池装置。
（付記３） 前記水タンクより下流側の前記通路部に設置され、通過する前記空気から水分を分離させる気液分離部を備える構成としたことを特徴とする付記１記載の燃料電池装置。
（付記４） 燃料を用いて発電する燃料電池の排出空気から分離される水を回収する水タンクと、
前記空気を前記水タンクに溜められている前記水の水中に導く通路部と、
前記水タンクより下流側の前記通路部に設置され、通過する前記空気から水分を吸収させる吸水部と、
を備える構成としたことを特徴とする燃料電池装置。
（付記５） 前記吸水部は、吸水ユニットを着脱可能に装着する構成としたことを特徴とする付記２又は４記載の燃料電池装置。
（付記６） 前記燃料電池は、電解質膜の一面側に空気を供給する空気極と、前記電解質膜の他面側に燃料を供給する燃料極とを、前記電解質膜を挟んで備える構成であることを特徴とする付記１又は４記載の燃料電池装置。
（付記７） 前記水タンクは、水で希釈された希釈燃料を貯留する希釈燃料タンクと一体に構成されたことを特徴とする付記１又は４記載の燃料電池装置。
（付記８） 前記燃料電池の燃料極に供給する希釈燃料を貯留する希釈燃料タンクと、前記水タンクとを管路で連結したことを特徴とする付記１又は４記載の燃料電池装置。
（付記９） 燃料を貯留する燃料タンクと、
前記燃料を希釈する水を貯留する水タンクと、
前記燃料タンクから前記燃料、前記水タンクから前記水が供給されて希釈燃料を貯留する希釈燃料タンクと、
電解質膜を挟んで空気極及び燃料極が設置され、前記電解質膜の一面側に空気、その他面側に前記希釈燃料タンクから前記希釈燃料が供給されることにより発電する燃料電池の前記空気極に前記空気を供給する空気供給部と、
前記燃料電池から排出される空気を前記水タンクに導いて排出させる通路部と、
を備え、前記通路部は、前記水タンクに対し、溜められている前記水より上部側に前記空気を導いて排出する構成としたことを特徴とする燃料電池装置。
（付記１０） 前記電解質膜は、陽子又は電子を透過させる透過膜であることを特徴とする付記９記載の燃料電池装置。
（付記１１） 前記燃料タンクと前記希釈燃料タンクとを燃料供給路で連結し、該燃料供給路に前記燃料タンクから前記燃料を前記希釈燃料タンクに導くポンプを備える構成としたことを特徴とする付記９記載の燃料電池装置。
（付記１２） 前記水タンクと前記希釈燃料タンクとを給水路で連結し、該給水路に前記水タンクから前記水を前記希釈燃料タンクに導くポンプを備える構成としたことを特徴とする付記９記載の燃料電池装置。
（付記１３） 前記燃料電池の出力電力を安定化して取り出す安定化回路と、
この安定化回路の出力を受け、充電される電池と、
を備えたことを特徴とする付記１、４又は９記載の燃料電池装置。
（付記１４） 前記燃料タンクと前記吸水部とを合体させた複合タンクユニットを備える構成としたことを特徴とする付記９記載の燃料電池装置。
（付記１５） 前記水タンクと前記希釈燃料タンクとを合体させた複合タンクユニットを備える構成としたことを特徴とする付記９記載の燃料電池装置。
（付記１６） 付記１、４又は９に記載の燃料電池装置を電源部に備えたことを特徴とする電子機器。
（付記１７） 燃料電池装置から給電される電子機器であって、
前記燃料電池装置の出力電力を安定化して取り出す安定化回路と、
この安定化回路の出力を受け、充電される電池と、
を備えたことを特徴とする電子機器。
（付記１８） 燃料電池装置が搭載された電子機器であって、
前記電子機器に前記燃料電池の筐体部を設置し、この筐体部に燃料タンクを着脱可能に取り付けてなることを特徴とする電子機器。
（付記１９） 前記燃料タンクには、燃料の残量が確認可能な窓部を備えたことを特徴とする付記１８記載の電子機器。
以上説明したように、本発明の最も好ましい実施形態等について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論であり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
本発明は、燃料電池装置に関し、空気とともに排出される水分量を抑制できるので、結露を防止でき、搭載される機器の結露によるトラブルを未然に防止でき、斯かる燃料電池装置の排出水分量を抑制できるので、結露が防止され、搭載機器の信頼性を向上させることができ、有用である。
第１の実施の形態に係る燃料電池装置を示す図である。 燃料電池の構成例を示す図である。 制御処理を示すフローチャートである。 第２の実施の形態に係る燃料電池装置を示す図である。 第３の実施の形態に係る燃料電池装置の吸水部の構成例を示す図である。 液体燃料タンクに吸水部を合体させた複合燃料タンクユニットを示す図である。 第４の実施の形態に係る燃料電池装置を示す図である。 第５の実施の形態に係るＰＣを示すブロック図である。 第６の実施の形態に係る燃料電池装置の複合タンクユニットを示す図である。 複合タンクユニットの構成例を示す斜視図である。 複合タンクユニットを示す正面図である。 第７の実施の形態に係る燃料電池装置の複合タンクユニットを示す図である。 第８の実施の形態に係るＰＣを示す分解斜視図である。 複合燃料タンクユニットを示す斜視図である。 複合燃料タンクユニットを示す正面図である。 複合燃料タンクユニットを示す平面図である。 第９の実施の形態に係るＰＤＡを示す分解斜視図である。 第１０の実施の形態に係る携帯電話機を示す分解斜視図である。 他の実施の形態に係る照明器具を示す分解斜視図である。
符号の説明
２ 燃料電池装置
４ 燃料電池
６ 電解質膜
８ 空気極
１０ 燃料極
１２ 送風機構（空気供給部）
１６ 回収管（通路部）
１８ 水タンク
１９ 排気管（通路部）
２０ 希釈燃料タンク
３０ 燃料タンク
２６ 循環ポンプ
３８ 燃料用ポンプ
４０ 水用ポンプ
６４ 吸水部
６６ 吸水材料
７０ フィルタ部
Ｍ 希釈燃料
ｍ 液体燃料
ｗ 水

Claims (5)

  1. 燃料を用いて発電する燃料電池の排出空気から分離される水を回収する水タンクと、
    前記空気を前記水タンクに導いて排出させる通路部と、
    を備え、前記通路部は、前記水タンクに対し、貯留された水の水面より上部側に前記空気を導いて排出する構成としたことを特徴とする燃料電池装置。
  2. 前記水タンクより下流側の前記通路部に設置され、通過する前記空気から水分を吸収させる吸水部を備える構成としたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
  3. 前記水タンクより下流側の前記通路部に設置され、通過する前記空気から水分を分離させる気液分離部を備える構成としたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
  4. 燃料を用いて発電する燃料電池の排出空気から分離される水を回収する水タンクと、
    前記空気を前記水タンクに溜められている前記水の水中に導く通路部と、
    前記水タンクより下流側の前記通路部に設置され、通過する前記空気から水分を吸収させる吸水部と、
    を備える構成としたことを特徴とする燃料電池装置。
  5. 請求項１又は請求項４に記載の燃料電池装置を電源部に備えたことを特徴とする電子機器。
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